Разработка систем частотно-регулируемых асинхронных электроприводов с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора и задаваемым абсолютным скольжением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Талов, Владислав Васильевич

• Талов, Владислав Васильевич
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Талов, Владислав Васильевич

Введение и постановка задачи

1. Анализ законов частотного управления регулируемым электроприводом переменного тока с асинхронными короткозамкнутыми двигателями

1.1. Законы частотного управления

1.2. Пропорциональный закон частотного управления

1.3. Основной закон частотного управления

1.4. Частотное управление с постоянством потоко-сцепления взаимоиндукции обмотки статора и ротора

1.5. Закон чотного управления, при которомотношение между э.д двигателя и чотой поляатора корректируеучетом момента нагрузки

1.6. Частотное управление с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора

2. Исследование частотных свойств асинхронного короткозамкнутого двигателя как звена САР

2.1. Постановка задачи

2.2. Исследование частотных свойств асинхронного короткозамкнутого двигателя с линейной характеристикой намагничивания

2.3. Исследование частотных свойств асинхронного короткозамкнутого двигателя с нелинейной характеристикой намагничивания

3. Синтез систем частотно-регулируемых электроприводов

3.1. Постановка задачи

3.2. Синтез частотно-регулируемого электропривода с АИН

3.3. Синтез частотно-регулируемого электропривода с АИТ

4. Разработка квазиоптимальных по быстродействию систем частотно-регулируемых электроприводов

5. Реализация систем частотно-регулируемых электроприводов

5.1. Система частотно-регулируемого электропривода с АИН

5.2. Система частотно-регулируемого электропривода с АИТ

5.3. Экспериментальные исследования опытно-промышленных образцов частотно-регулируемых электроприводов с АИН

5.4. Экспериментальные исследования частотно-регулируемого электропривода с АИТ

5.5. Реализация в промышленности

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка систем частотно-регулируемых асинхронных электроприводов с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора и задаваемым абсолютным скольжением»

Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года", принятые на ХХУ1 съезде КПСС, определяют наступившее десятилетие как новый крупный этап в создании материально-технической базы коммунизма, включающий в себя дальнейший экономический прогресс общества, глубокие качественные сдвиги в материально-технической базе на основе ускорения научно-технического прогресса, интенсификации общественного производства, повышения его эффективности.

Научно-технический прогресс включает в себя быстрое техническое перевооружение производства, создание и выпуск машин и оборудования, позволяющих улучшать условия труда и повышать его производительность, экономить материальные ресурсы, выпуск законченных систем машин для комплексной механизации и автоматизации производства.

В области машиностроения намечено повысить технический уровень и качество продукции, средств автоматизации и приборов, значительно поднять экономичность и производительность выпускаемой техники, её надежность и долговечность и в этих целях обеспечить ускоренное развитие производства средств автоматизации управления машинами и оборудованием, комплектных электроприборов с тиристорными преобразователями и микропроцессорами.

Создание эффективных частотноуправляемых электроприводов переменного тока является одной из важнейших проблем теории и практики современного электропривода.

Эта научно-техническая проблема включает широкий круг вопросов, и к решению её привлечены ведущие научно-исследовательские коллективы в нашей стране: ВНИИЭлектропривод, ВНИИЭМ, ВНИН"Преобра-зователь", ЭНИН им.Г. М. Кржижановского, НИИКЭ, НИИ заводов

Электровыпрямитель" и "Электротяжмаш", ВНИИЭлектромаш, НИИ ХЭМЗ, ЭНИМС, АзНИИЭнергетики, УзНИИЭнергетики, институты МЭИ, ЖАЛ, ЛИТМО, УПИ, БПИ, НЭТИ, НИЭС, ЛИИЗКТ, ТПИ и многие другие.

За рубежом проблемой создания частотноуправляемых электроприводов занимаются такие фирмы, как Srítót^Uc^ Tffa&hg'Aeui* (США), St&netUj AEG (ФРГ), (Япония), AS В А (Швеция) и другие.

Непрекращающиеся исследования по совершенствованию электропривода переменного тока в значительной степени расширили его технические и экономические возможности. Появилось большое количество областей применения, где использование электропривода переменного тока оказывает серьёзную конкуренцию электроприводу постоянного тока.

Определяющими являются следующие факторы [l-З] : %

1. Капитальные затраты на регулируемый электропривод переменного тока еще и сегодня остаются более высокими по сравнению с электроприводами постоянного тока.

Однако общая стоимость с учетом затрат на эксплуатацию и с оценкой технических преимуществ в большинстве случаев оказывается более благоприятной для электроприводов переменного тока.

2. Чем выше требования эксплуатации, тем дороже становятся электроприводы постоянного тока. Примером могут служить электроприводы с диапазоном регулирования частоты вращения более 4 : I или с точностью выше В современных электроприводах с регулированием частоты, обеспечивающих поддержание постоянного момента в диапазоне регулирования частоты вращения 30 : I с точностью 0,5$, используются стандартные двигатели переменного тока без обратной связи от тахогенератора.

3. Электроприводы переменного тока практически не требуют ухода. Двигатель переменного тока, прежде всего асинхронный короткозамкнутый (АД) и бесщёточный синхронный, требует минимум ухода.

Это свойство важно, если доступ к двигателю ограничен или необходимо обеспечить длительные интервалы профилактики. Более того, этот тип электропривода малочувствителен к влиянию окружающих условий. Особое значение это свойство приобретает для применения в агрессивной среде, например, химической промышленности, а также при необходимости обеспечения взрывобезопасности.

4. Электроприводы переменного тока имеют лучшие качественные показатели. Например, при использовании синхронного двигателя и преобразователя со стабильной выходной частотой частота вращения может поддерживаться с точностью 0,1% и выше, что в электроприводах постоянного тока достигается с большим трудом.

Благодаря малому моменту инерции двигателя переменного тока электропривод переменного тока позволяет реализовать лучшие динамические качества даже при больших уровнях мощности. Если в процессе эксплуатации электропривода необходимо учитывать его влияние на питающую сеть, то преимущества также находятся на стороне электропривода переменного тока. Преобразователи для питания элекТ' родвигателей переменного тока имеют более высокие технико-экономические показатели.

5. Ряд преимуществ электропривода переменного тока выявляется при использовании многодвигательного электропривода, который в случае питания от общих шин оказывается дешевле электропривода постоянного тока.

Синхронность вращения многодвигательного электропривода переменного тока, даже для асинхронного короткозамкнутого двигателя оказывается выше, чем для электропривода постоянного тока.

6. Максимальная частота вращения двигателя постоянного тока ограничена условиями коммутации и при увеличении нагрузки снижается. Для двигателя переменного тока граничное значение частоты вращения лежит гораздо выше.

7. В большинстве установок не требуется широкий диапазон регулирования частоты вращения, и в этих случаях использование электропривода переменного тока также оказывается более экономичным, поскольку в узком диапазоне регулирования частоты вращения не удается реализовать все возможности электропривода постоянного тока.

8. Одним из недостатков электроприводов постоянного тока при повторных остановках и толчковом режиме работы является возможность подгорания коллектора, что приводит к быстрому износу щёток. Двигатели переменного тока не имеют таких механических ограничений.

Из анализа около 200 опросных листов, направленных ведущим организациям и предприятиям различных отраслей промышленности, в отношении требований, предъявляемых к частотно-регулируемому электроприводу общепромышленного назначения со стороны рабочих машин, следует:

1) Мощность приводных электродвигателей не должна превышать 100 кВт.

2) Требуемый диапазон регулирования частоты вращения составляет 1:10 вниз и 1,2:1 вверх от номинального значения.

3) Точность поддержания частоты вращения электродвигателя во всем диапазоне регулирования при постоянном моменте нагрузки должна быть не хуже £ 2 %9 а в ряде случаев - не хуже £ 0,5 %.

4) Момент нагрузки постоянный или вентиляторный.

5) Момент инерции рабочих машин, приведенный к валу двигателя, составляет от 1Д до 103 двигателя (в отдельных случаях до 1003 Двигателя).

6) Максимальная величина пускового момента может достигать величины критического момента двигателя.

7) Возможные перегрузки двигателей по току в различных рабочих режимах кратковременно могут достигать двойного номинального значения.

8) Режим работы электропривода либо повторно-кратковременный с частотой пусков до 10 в час, либо длительный в течение нескольких суток.

9) Характер разгона электроприводов - плавный со временем разгона от нескольких единиц до нескольких десятков секунд. При торможении в большинстве случаев не требуется рекуперации энергии в сеть.

10) Режим рекуперации энергии в сеть необходим для электроприводов с большими моментами инерции рабочих машин, работающих в режимах частых торможений или реверсов. Величина рекуперируемой мощности не менее номинальной мощности электродвигателя.

Указанные требования могут быть обеспечены простой по структуре системой частотно-регулируемого электропривода, состоящей из управляемого мостового выпрямителя, автономного инвертора напряжения или тока и регуляторов модулей э.д.с. и тока двигателя.

По частоте вращения система может быть либо разомкнутой, либо замкнутой.

Улучшение динамических свойств асинхронных электроприводов с ограниченным диапазоном регулирования может быть обеспечено за счет применения МП - регулятора в контуре управления напряжением двигателя. Анализ динамики этих приводов должен выполняться по упрощенным структурным схемам асинхронного двигателя, соответствующим применяемому модульному принципу управления.

В системах с глубоким регулированием частоты вращения необходимо применять векторное регулирование асинхронного двигателя.

Системы управления должны строиться по принципу ориентации по вектору потокосцепления взаимоиндукции либо с подчиненным регулированием параметров, либо как по существу релейная система с разрывным управлением, работающая в скользящем режиме [4} .

В материалах УШ Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу отмечено, что, несмотря на то, что промышленность испытывает значительную потребность в асинхронных электроприводах с частотным регулированием в ограниченных пределах (до 1:20) и полупроводниковая техника и теория частотного регулирования достигли высокого уровня, развитие научных исследований и конструкторских разработок в этом направлении еще отстает от требований практики.

Из анализа литературы [5-28] следует, что системы частотно-регулируемых электроприводов с АИН и АИТ по принципу управления асинхронным двигателем могут быть разделены на 2 группы:

1) системы, в которых потокосцепление взаимоиндукции двигателя поддерживается постоянным, а абсолютное скольжение переменно и определяется нагрузкой [б-П, 27, 28] ;

2) системы, в которых абсолютное скольжение двигателя поддерживается постоянным, а потокосцепление взаимоиндукции является переменным и определяется нагрузкой [12-15, 28] .

При этом регулирование по второму методу используется, когда к динамическим свойствам электропривода не предъявляются высокие требования.

Частотное управление с постоянством потокосцепления взаимоиндукции может быть получено либо когда используется регулятор нотокосцепления взаимоиндукции (так называемое непосредственное управление потокосцеплением взаимоиндукции), либо когда используются нелинейные цепи, моделирующие реальные связи между параметрами асинхронного двигателя, участвующими в процессе регулирования пот: .окосцепления взаимоиндукции (так называемое косвенное управление потокосцеплением взаимоиндукции) [6-11] .

В случае непосредственного управления потокосцеплением взаимоиндукции величину его необходимо либо измерять, либо вычислять параметрически.

Стабилизация потокосцепления взаимоиндукции может быть выполнена либо как стабилизация только величины (модуля), либо как стабилизация величины и фазы.

Последний метод называется методом ориентации по вектору поля [16-23, 27] .

Очевидно, что в случае использования метода ориентации по вектору поля система регулирования значительно усложнена.

Блок-схема частотнорегулируемого электропривода с непосредственным регулированием потокосцепления взаимоиндукции приведена на рис.Ь

В этом случае величина потокосцепления взаимоиндукции либо непосредственно измеряется, например, датчиками Холла, либо рассчитывается на основе текущих значений напряжения, тока и частоты вращения асинхронного двигателя, либо получается путем интегрирования мгновенных значений э.д.с., измеренных с помощью специальных катушек, помещенных в пазы статора двигателя [II] .

В установившемся режиме работы электропривода по рис.1а величина потокосцепления взаимоиндукции остается постоянной, а поведение в динамике может быть детерминировано соответствующим выбором параметров регулятора потокосцепления взаимоиндукции.

На рис.16, в приведены блок-схемы частотно-регулируемого электропривода с косвенным регулированием потокосцепления взаимоиндукции

В блок-схеме по рис.16 используется параметрическая зависимость модуля тока статора от величины абсолютного скольжения ДЦ о) л mi

Ir

-ß

Нэ

11 пч M lili pu,I Л у/ м

Рис. 1. Блок- сосемы Чостоюнарегулируемых электо-Приоодоё с nodâep^ca/шелг лостоянстёа norohcx /¡/¡, aj с ftenoepede.mßewib! м регг/лиро&аяпем лат о Асу. еУ), 6) с ксусёрнным pei>¿^mípofii:*HiJPf r потока. при постоянстве потокосцепления взаимоиндукции.

Эта зависимость воспроизводится нелинейным элементом НЭ. Достоинство этого метода стабилизации потокосцепления взаимоиндукции АД в том, что характеристика "ток статора - абсолютное скольжение" не зависит от частоты поля статора и частоты вращения ротора.

В блок-схеме по рисЛв используется компенсационный метод стабилизации потокосцепления взаимоиндукции, заключающийся в параметрическом определении э.д.с. АД методом компенсации падения напряжения на полном или активном сопротивлении обмотки статора и поддержание постоянства отношения э.д.с. к частоте поля статора во всех режимах работы АД [24-2б] .

Модуль э.д.с. определяется в блоке БДЕ (блок датчика э.д.с.), представляющем физическую модель статорной цепи АД.

Примером частотнорегулируемого электропривода с ориентацией по вектору поля является система [16-18] .

В нашей стране разработка таких систем ведется во ВНИИЭлектро-приводе и УПИ [19,21-23] . Достоинство таких систем заключается в высоких динамических качествах электропривода, недостаток - в их значительной сложности.

Блок-схема частотнорегулируемого электропривода с поддержанием постоянства абсолютного скольжения приведена на рис.2 [12-14] .

• Основные особенности этой системы частотнорегулируемого электропривода состоят в том, что:

- если частота скольжения поддерживается постоянной, а частота . инвертора получается суммированием частоты скольжения и частоты вращения ротора, то АД адекватен сериесному двигателю постоянного тока с коммутатором;

- если частота скольжения пропорциональна току ротора, то АД адекватен двигателю постоянного тока независимого возбуждения. Абсолютное скольжение задается в виде аналоговой величины. M I

QJ 3

4 QJ ^ О

In s ^ I

I ° I

U ^ g

LQ

§

Cj

О С) £

В этом состоит основной недостаток указанных систем.

Более перспективными для такого класса систем являются частот-норегулируемые электроприводы с импульсными датчиками частоты вращения и абсолютного скольжения [14,29] .

В настоящее время для проектирования систем частотнорегулируе-мого асинхронного электропривода необходимы инженерные методы с использованием средств вычислительной техники, позволяющие оперативно проводить расчеты как на этапе приближенного синтеза, так и на этапе уточненного анализа.

Метод логарифмических амплитудночастотных и фазочастотных характеристик и корневой годограф дают полную информацию о свойствах частотнорегулируемого асинхронного электропривода для малосигнальных отклонений. Анализ указанных систем при больших сигналах с учетом основных нелинейностей следует проводить методами математического моделирования.

Подход к проектированию систем регулируемого электропривода постоянного и переменного тока одинаковый, поскольку в обоих случаях используется единая теория автоматического регулирования.

Однако анализ электроприводов переменного тока намного сложнее, так как не существует простой передаточной функции, описывающей поведение АД во всем диапазоне регулирования.

Даже при условии линеаризации уравнений АД не удается получить простые передаточные функции.

В результате основными методами проектирования замкнутых систем регулируемого электропривода являются либо моделирование, либо метод проб и ошибок на реальной схеме электропривода [30] .

Анализ литературы, посвященной вопросам синтеза замкнутых систем частотнорегулируемых электроприводов, показывает, что основное внимание уделяется анализ устойчивости АД различными методами (метод Д-разбиений, метод диаграммы полного сопротивления АД для малого сигнала, методы корневого годографа и Найквиста) при частотном управлении последним, анализу причин возникновения автоколебаний в системе СПЧ-АД и моделированию как методу синтеза указанных систем [30-40] .

Здесь следует заметить, что моделирование как метод синтеза частотнорегулируемых электроприводов может использоваться по двум схемам:

1) приближенный аналитический синтез - моделирование как метод проверки и корректировки результатов аналитического синтеза -окончательная отработка системы регулирования на реальной схеме электропривода.

2) синтез частотнорегулируемого электропривода на модели методом отдельных проб - окончательная отработка системы регулирования на реальной схеме электропривода. Очевидно, вторую схему использования моделирования как метода синтеза целесообразно применять в случае сложных многоконтурных систем регулирования.

Поскольку системы частотнорегулируемых электроприводов с модульным принципом управления АД включают в себя, как правило, не более 3-х замкнутых контуров регулирования, целесообразно принять первую схему синтеза указанных систем, исключив из неё моделирование как промежуточное звено процесса синтеза и проводя, в связи с этим, аналитический синтез с возможно большей точностью для принятой методики из теории автоматического регулирования.

Во и этой связи следует отметить, что на сегодняшним день в литературе недостаточно освещены вопросы по аналитическому синтезу систем частотнорегулируемых электроприводов при различных законах частотного управления АД, вопросы по построению линейной модели АД (как звена системы автоматического регулирования) с учетом и без учета нелинейности характеристики намагничивания и при различных законах частотного управления, вопросы по построению структур оптимизированных по быстродействию частотнорегулируемых электроприводов с модульным принципом управления АД

32,37,41-44] .

В соответствии с вышеизложенным, сформулированы вопросы, подлежащие исследованию в диссертационной работе:

1) Исследовать законы частотного управления применительно к асинхронным короткозамкнутым двигателям единой общепромышленной серии 4А.

2) Разработать линейные модели асинхронного короткозамкнутого двигателя с учетом и без учета нелинейности характеристики намагничивания при различных законах частотного управления и провести их сравнительный анализ.

3) Синтезировать замкнутые системы частотно-регулируемых электроприводов с модульным принципом управления асинхронным короткозамкнутым двигателем при различных законах частотного управления и разработать рекомендации по синтезу указанных систем.

4) Исследовать основные факторы, определяющие быстродействие частотно-регулируемых электроприводов с модульным принципом управления асинхронным короткозамкнутым даигателем при различных законах частотного управления.

5) Разработать структуры оптимизированных по быстродействию частотно-регулируемых электроприводов с модульным принципом управления асинхронным короткозамкнутым двигателем при различных законах частотного управления.

6) Провести экспериментальную оценку синтезированных систем частотно-регулируемых электроприводов и разработанных структур частотно-регулируемых электроприводов на реальных схемах общепромышленных электроприводов с автономными инверторами напряжения и тока.

На защиту выносится:

1) Способ регулирования величины абсолютного скольжения асинхронного короткозамкнутого двигателя в зоне нагрузки выше номинальной для увеличения его перегрузочной способности в частотно-регулируемом электроприводе с задаваемым абсолютным скольжением.

2) Частотные характеристики асинхронного короткозамкнутого двигателя с нелинейной характеристикой намагничивания и его линейные модели при законах частотного управления с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора и постоянством абсолютного скольжения.

3) Методика синтеза замкнутых систем частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами напряжения и тока при частотном управлении с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора и постоянством абсолютного скольжения асинхронного короткозамкнутого двигателя.

4) Принципы квазиоптимизации по быстродействию частотно-регулируемых электроприводов с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора и задаваемым абсолютным скольжением асинхронного короткозамкнутого двигателя.

5) Структуры квазиоптимальных по быстродействию систем частотно-регулируемых электроприводов с модульным принципом управления асинхронным короткозамкнутым двигателем.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) Разработаны структуры квазиоптимальных по быстродействию частотно-регулируемых электроприводов с модульным принципом управления асинхронным короткоеамкнутым двигателем и определены алгоритмы формирования переходных процессов разгона и торможения . электропривода.

На устройство формирования квазиоптимальных по быстродействию процессов разгона и торможения частотно-регулируемого электропривода с АИН получено авторское свидетельство.

2) Разработаны рекомендации по синтезу замкнутых систем частотно-регулируемых электроприводов с модульным принципом управления асинхронным короткозамкнутым двигателем при питании его от АИН и АИТ соответственно для частотного управления с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора и частотного управления с задаваемым абсолютным скольжением.

3) Исследованы частотные характеристики асинхронного коротко-замкнутого двигателя с нелинейной и линейной характеристиками намагничивания при различных законах частотного управления.

Предложена методика аналитического расчета частотных характеристик асинхронного короткозамкнутого двигателя с нелинейной характеристикой намагничивания.

4) Разработаны линейные модели асинхронного короткозамкнутого двигателя при частотном управлении с постоянством потокосцеп-ления взаимоиндукции и постоянством абсолютного скольжения и питании от автономных инверторов напряжения и тока.

5) Предложен способ регулирования величины абсолютного скольжения для увеличения перегрузочной способности и исключения насыщцния магнитной системы асинхронного короткозамкнутого двигателя в зоне нагрузки вше номинальной при частотном управлении с задаваемым абсолютным скольжением, заключающийся в том, что приращение абсолютного скольжения к номинальному значению регулируется пропорционально приращению тока статора сверх номинальной величины, т.е. Д£ » К^ • йС1 , где у^ =* Согкл£ и соответствует точкам установившегося режима работы двигателя, в которых потокосцепление взаимоиндукции = I.

Предложена методика расчета коэффициента для

Т - образной схемы замещения асинхронного короткозамкнутого двигателя.

6) На основе анализа законов частотного управления установлено : при коэффициенте усиления разомкнутой САР не менее 100 частотное управление с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора адекватно частотному управлению с постоянным по величине, но меньшим номинального значения, по-токосцеплением взаимоиндукции асинхронной машины во всех режимах, а обеспечение номинального потокосцепления взаимоиндукции при номинальной нагрузке приводит к работе асинхронной машины с потокосцеплением взаимоиндукции, меньшим номинального значения, при нагрузке, выше номинальной, и большим номинального значения, при нагрузке, ниже номинальной; при пропорциональном законе частотного управления увеличение пускового момента двигателя происходит за счет увеличения тока ротора при практически неизменной величине потокосцепления взаимоиндукции, равной половине номинального значения.

В качестве основных методов исследования применены: аналитический метод с использованием цифровых вычислительных машин для расчета логарифмических амплитудно - и фазочастотных характеристик линейных моделей асинхронного короткозамкнутого двигателя при различных законах частотного управления и питании от автономных инверторов напряжения и тока; экспериментальная проверка результатов на реальных схемах общепромышленных образцов частотно-регулируемых электроприводов.

Диссертационная работа проводилась в соответствии с программой выполнения НИР и ОКР: по теме Н02.11686 отраслевого комплексного плана "Разработка серии тиристорных преобразователей частоты мощностью до 100 кВт и электроприводов переменного тока на их базе" (номер государственной регистрации 73025707; по теме Н02Л1699 отраслевого комплексного плана "Разработка серии комплектных тиристорных электроприводов переменного тока мощностью до 500 кВА с тирисгорными преобразователями частоты и двигателями напряжением до 660 В, освоенными в серийном производстве11 (номер государственной регистрации 73025704); по темам Е20.5167, Е53.8772 "Создание преобразователей частоты мощностью до 300 кВА, частотой до 1000 Гц с замкнутой системой регулирования для механизмов главного движения металлообрабатывающих станков" (номер Государственной регистрации 75041282, 81101552); по теме Е27.9491 "Создание высокооборотного электропривода главного движения специального станка с число-программным управлением для обработки печатных плат" (номер государственной регистрации 80035873).

I. АНАЛИЗ ЗАКОНОВ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АСИНХРОННЫМИ К0Р0ТК03АМКНУТЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Талов, Владислав Васильевич

6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

6.1. На основе анализа законов частотного управления установлено, что: при пропорциональном законе увеличение пускового момента асинхронного короткозамкнутого двигателя происходит за счет увеличения тона ротора при практически неизменной величине по-токосцепления взаимоиндукции, равной половине номинального значения; при коэффициенте усиления разомкнутого контура регулирования э.д.с. не менее 100 компенсация падения напряжения на активном (полном) сопротивлении обмотки статора путем векторного сложения сигналов, пропорциональных напряжению и току статора, обеспечивает работу асинхронной машины во всех режимах с постоянным по величине, но меньшим номинального значения (равным номинальному значению) потокосцеплением взаимоиндукции, и компенсация путем алгебраического вычитания (сложения) сигналов, пропорциональных модулям напряжения и тока статора, практически обеспечивает постоянство потокосцепления взаимоиндукции асинхронной машины в двигательном (генераторном) режиме.

6.2. Предложено регулировать приращение абсолютного скольжения асинхронного короткозамкнутого двигателя к его номинальному значению в зоне нагрузки выше номинальной пропорционально приращению тока статора сверх номинальной величины для увеличения перегрузочной способности и исключения насыщения магнитной системы двигателя в частотно-регулируемом электроприводе с постоянством задаваемого (номинального) абсолютного скольжения, т.е. Дуб где Кр и соответствует точкам установившегося режима работы двигателя, в которых потокосцепле-ние взаимоиндукции Ц^ а = I.

Коэффициент К^з , расчитанный для параметров Т-образной схемы замещения двигателей серии 4А по предложенной автором ме~ тодике, равен относительной величине номинального абсолютного скольжения,

6.3. На основе исследования логарифмических частотных характеристик линейных моделей асинхронного короткозамкнутого двигателя установлено:

ЛАЧХ имеют ярко вцраженный экстремальный характер в рабочем диапазоне частот^независимо от нагрузки двигателя, причем экстремумы ЛАЧХ соответствуют частотам возможных автоколебаний системы "преобразователь частоты - асинхронный короткозамкнутый двигатель11;

ЛАЧХ линейной модели АД, рассчитанные с учетом и без учета нелинейности характеристики намагничивания, при частотном управлении с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора и питании от АЙН отличаются в количественном, но практически совпадают в качественном отношении, а ФЧХ существенно отличаются и в количественном, и в качественном отношении;

ЛАЧХ и ФЧХ линейной модели АД» рассчитанные с учетом и без учета нелинейности характеристики намагничивания, при частотном управлении с постоянством задаваемого (номинального) абсолютного скольжения и питании от АИТ, адекватны.

6.4. Установлено, что синтез регуляторов э.д.с. и тока в частотно-регулируемом электроприводе с АЙН и компенсацией падения напряжения на активном (полном) сопротивлении обмотки статора необходимо производить, используя ЛЧХ, рассчитанные с учетом нелинейности характеристики намагничивания двигателя для минимальной частоты поля статора в диапазоне регулирования и режимов холостого хода и номинальной нагрузки.

6.5. Установлено, что синтез регуляторов частоты вращения и тока в частотно-регулируемом электроприводе с АИТ и постоянством задаваемого абсолютного скольжения необходимо производить, используя ЛЧХ, рассчитанные либо с учетом, либо без учета характеристики намагничивания, при этом: синтез регулятора тока необходимо производить, используя ЛЧХ, соответствующие холостому ходу АД при минимальной и максимальной частотах вращения; синтез регулятора частоты вращения необходимо производить для конкретного значения электромеханической постоянной привода, используя ЛЧХ, соответствующие граничным режимам по нагрузке и частоте вращения АД.

6.6. Установлено, что разработанные линейные модели асинхронного короткозамкнутого двигателя и рекомендации по синтезу замкнутых систем частотно-регулируемых электроприводов с АЙН и АИТ обеспечивают устойчивую работу электропривода во всех режимах без введения дополнительных стабилизирующих обратных связей.

6.7. Установлено, что для квазиоптимизации по быстродействию пуско-тормозных режимов частотно-регулируемых электроприводов необходимо в соответствии с заданной перегрузкой по току статора поддерживать в частотно-регулируемом электроприводе с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора такую разницу между заданным и истинным значениями внутреннй э.д.с. двигателя, а в частотно-регулируемом электроприводе с задаваемым абсолютным скольжением такую его величину, чтобы в обоих случаях потокосцепление взаимоиндукции было постоянным по величине и равным номинальному значению.

На устройство формирования квазиоптимальных по быстродействию процессов разгона и торможения частотно-регулируемого электропривода с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении обмотки статора получено авторское свидетельство.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Талов, Владислав Васильевич, 1984 год

1. Г.М.Каспржак, В.П.Грехов, О.М.Соснин

2. ЛJJ4 /Ж/ 3) -¿З-ееъ о/аъ/^ Я, » ирЖм&еи- ;1. Цр.ц) <2. <8, а^ ¿ёъ^и*, л РТрЫ аи-1А€ . ^ сД^. И^^.

3. В.А.Шубенко, В.И.Лихошерст, Р.Т. Шрейнер, В.А.Мищенко, В.А.Ма-ренич. Рабочие режимы и принципы построения замкнутых систем тиристорных частотно-управляемых асинхронных электроприводов с регулируемым абсолютным скольжением.

4. Сборник "Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве. Труды У Всесоюзной конференции по автоматизированному электроприводу". Том. I, "Энергия", 1971 г.

5. В.Н. Бродовский, Е.С.Иванов. Приводы с частотно-токовым управлением. М."Энергия", 1974 г.

6. В.Г. Яцук, В.В.Талов, Ю.И.Гром, В.Ф. Петренко. Принципы построения частотнорегулируемых электроприводов на базе ТПЧ со звеном постоянного тока -"Промышленная энергетика,1978,$ II

7. ЛьоШьг Соъёъс/ -уеЛеииг мш^ш -^С

8. ХкРир ¿се 'ЗЪ+ся^'&луе. ^Тьм^^г^бЖёсь -л ^Се-нс^а /971} ю .ч Л'-ежсм * /971 ^ «/ 4о .1. ФРГ Л/с Ж/36 у/ £, 42Л .

9. В.А.Шубенко, Р.Т.Шрейнер, А.Д.Гильдебранд. Управление потоко-сцеплением ротора при частотно-токовом регулировании. "Электричество", № 10, 1971 г.20. Об^АсМо

10. НсЫ 'ЩаЖСле. Патент Великобритании. № 1.188.145.

11. Л.Х.Дацковский, к.т.н. Л.М.Тарасенко, И.С. Кузнецов, Ю.Г.Пикус. Подчиненное регулирование параметров в системе "непосредственный преобразователь частоты асинхронный двигатель". Сборник "Электротехническая промышленность.

12. Серия "Электропривод". Выпуск I (27), Москва, 1974 г.

13. Л.Х. Дацковский, к.т.н. Л.М.Тарасенко. Выбор структурных схем асинхронного двигателя для систем подчиненного регулирования параметров. Сборник "Электротехническая промышленность". Серия "Электропривод", Выпуск 2 (28), Москва, 1974 г.

14. Р.Т.Шрейнер, А.А. Федоренко. Система автоматического управления асинхронным электроприводом с автономным инвертором напряжения. В сб."Динамика систем управления. Материалы семинара по кибернетике. 4.1, "Кишинев, Штиинца", 1975 г.

15. А.А.Булгаков. Частотное управление асинхронными электродвигателями. Москва, 1955 г.

16. В.Л.Грузов, Ю.А. Сабинин. Асинхронные маломощные приводы со статическими преобразователями. "Энергия", 1970 г.

17. В.Г.Яцук, С.А.Журавлев, М.Г.Жужин. Импульсный датчик суммарной скорости вращения. Авторское свидетельство № 682823ао/ Р 3/56 от 12.04.74г., БИ № 32, 1979 г.30. ^¡и^Ь^не., ¿г.,; ) >

18. Г.А.Саркисов. Достаточные условия отсутствия самораскачивания системы СПЧ-ДД. "Электромеханика", 1975, № 2.32. } ЯобсЛъб? ш$£££ О^г/,33. ^1969,2^116, № 16

19. А.С.Сандлер, P.C. Сарбатов, А.А.Керимбаев, А.А.Богаченко.

20. Автоколебания в разомкнутой системе ПЧ-АД. Труды МЭИ,197;№223.

21. И.А. Альтшулер, И.И.Эпштейн. Устойчивость асинхронного электропривода с АИН. "Электротехника", I960, № 6.1. Sota Яш?. С**/.ft. у. ,1975, 612-620 37) jCtf* а.£.

22. A.A.Ефимов. Исследование устойчивости замкнутой системы преобразователь частоты асинхронный двигатель. "Межвуз.сб. Ленинградский электротехнический институт", 1977, № 116.

23. А.А.Ефимов, В.В.Леонтьев, В.Ф.Шукалов. Исследование на АВМ замкнутой системы частотно-управляемого электропривода. Сборник материалов научно-технического семинара "Применение36. СоииМ

24. ЭВМ для анализа и проектирования вентильных преобразователей", Саратов, СПИ, 1977 г.

25. С.О.Кривицкий, И.И.Эпштейн. Динамика частотно-регулируемых электроприводов с автономными инверторами. "Энергия",1970 г.

26. А.Р.Куделько. Исследование свойств асинхронного двигателя как элемента системы автоматического частотного управления (канд.диссертация К2П824, 1978 г.)

27. В.В.Талов, Ю.И.Гром, В.Г.Яцук, А.К.Коровкин, Н.А.Бушуева. Анализ электромагнитных процессов в системе преобразователь частоты асинхронный двигатель и исследование динамических рда мов частотных электроприводов с применением ЦВМ.

28. Сборник материалов научно-технической конференции "Применение вычислительной техники в электротехнической промышленности", Таллин, 1974 г.

29. В.В.Талов, В.Г.Яцук, Ю.И.Гром, А.К.Коровкин. Анализ процессов в системе преобразователь частоты асинхронный двигатель с применением ЭЦВМ.

30. Сборник материалов научно-технического семинара "Применение ЭВМ для анализа и проектирования вентильных преобразователей", Саратов, СПИ, 1977 г.

31. А.С.Сандлер, Р.С.Сарбатов. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. "Энергия", Москва, 1974 г.

32. Костенко М.П. Работа многофазного асинхронного двигателя при переменном числе периодов. "Электричество", № 2, 1925 г.

33. Р.Рихтер. Электрические машины. Том 1У, Госэнергоиздат, Москва, Ленинград, 1961 г.

34. Б.Я.Гусев. Диапазоны частотного регулирования и параметры асинхронных двигателей. Труды ВНИИЭМ, том 45, М., 1976 г.

35. Ю.Т. Портной, А.С.Савин. Оптимизация на ЦВМ режимов работы асинхронного двигателя в системах частотного управления. Труды ВНИИЭМ, том 41, 1974 г.

36. К.П.Ковач, И.Рац. Переходные процессы в машинах переменного тока. Госзнергоиздат, 1963 г.

37. Р.Т. Шрейнер, М.Я. Кривицкий. Оптимальное по минимуму потерь частотное управление асинхронным электроприводом в электромеханическом переходном процессе. "Электромеханика", № I, 1975 г.

38. А.А.Воронов. Основы теории автоматического управления. Часть П, "Энергия", Москва, 1966 г.

39. М.А.Айзерман. Лекции по теории автоматического регулирования. Госиздат, Москва, 1958 г.с

40. Е.П.Попов. Автоматическое регулирование. Гоиздат, Москва,1959 г.

41. Технический отчет "Разработка и анализ структури и принципиальных схем регуляторов частотно-регулируемых электроприводов, реализующих режим постоянства потока". ЕНТИЦ, Б317686 Москва, 1975 г.

42. Технический отчет "Разработка и анализ структур и принципиальных схем регуляторов частотно-регулируемых электроприводов, реализующих режим постоянства абсолютного скольжения". ВНТИЦ, Б475882, Москва, 1975 г.

43. Б.И. Архангельский, Аналитическое выражение кривой намагничивания электрических машин. "Электричество", № 3, 1950 г.

44. Ю.В.Калуцкий, М.Я.Кривицкий, Р.Т.Шрейнер. Анализ пульсаций электромагнитного момента асинхронного двигателя при питании от автономного инвертора тока. "Преобразователи частоты для электропривода", Кишинев, "Штиинца", 1979 г.

45. В.П.Шипилло. Автоматизированный вентильный электропривод, Энергия, 1969 г.

46. В.Ф.Петренко, В.Г.Яцук, В.В.Талов, Ю.И.Гром, Н.Г.Ватуля, В.М.Саенко, М.И.Сучилин. Тиристорный преобразователь постоянного тока в переменный. Авторское свидетельство № 8689541. БИ № 36, 1981 г.

47. Д.В.Васильев, Б.А.Митрофанов, Г.Л.Рабкин, Г.Н.Самохвалов, A.A. Семенкович, А.В.Фатеев, Н.И.Чичерин. Расчет следящего привода. Судпромгиз, Ленинград, 1958 г.

48. Теория автоматического регулирования. Часть I. Под общей редакцией А.В.Нетупшла. Изд."Высшая школа", Москва, 1968 г.

49. Г.А.Ривкин. Преобразовательные установки большой мощности. Госэнергоиздат, Москва, 1959 г.

50. Г.В.Аранчий, Г.Г.Жемеров, И.И.Эпштейн. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов, Энергия,1968г.67. у&ЪЪ'ъЖал. ¿Я, с^

51. К.Н.Вакуленко. Определение оптимальных режимов автономной системы переменного тока "Электромеханика", 1962 № 8.

52. О.В.Волошанский, И.И.Андрейко.Стабилизация магнитного потока асинхронного двигателя при частотном регулировании, "Вестник Львовского политехнического института", 1967, № 15.

53. В.А.Мищенко. Оптимизация частотноуправляемого асинхронного электропривода по минимуму тока, диссертация, Уральский политехнический институт, г.Свердловск, 1969 г.

54. В.Г.Яцук. Оптимизация алгоритмов частотного управления в динамических режимах. Сборник МДНТП "Оптимизация режимов систем энергоснабжения промышленных предприятий", М, "Знание",1973г.

55. В.А.Шубенко, Р.Т.Шрейнер, В.А.Мищенко. Частотноуправляемый асинхронный электропривод с оптимальным регулированием абсолютного скольжения. "Электромеханика", № 6, 1970 г.

56. Р.Т.Шрейнер, А.Д.Гильдебранд. Оптимальное по быстродействию частотное управление скоростью асинхронного электроприводав замкнутых системах регулирования. "Электричество", № 10,1973г

57. И.И.Петров, А.М.Мейстель. Специальные режимы работы асинхронного электропривода. Москва, "Энергия", 1968 г.

58. Е.М.Певзнер. Влияние электромагнитных процессов на характеристики асинхронного двигателя при частотном управлении. Сборник "Электротехническая промышленность" Серия "Электропривод", выпуск 1(27), 1974 г.

59. В.В.Талов, С.А.Журавлев. Устройство для управления частотно-регулируемым электроприводом. Авторское свидетельство922983 Н02Р 7/42 БИ № 15, 1982г.

60. Технический отчет "Исследование и синтез оптимальных структур частотнорегулируемых электроприводов с регулятором э.д.с. и регулятором скорости и скольжения".

61. ВНТИЦ, Б644914, Москва, 1977 г.

62. В.В.Талов, В.Г.Я1$гк, С.Б.Лавренко. Статические преобразователи частоты для регулирования скорости вращения высокооборотныхэлектрошпинделей.

63. Сборник материалов научно-технического семинара "Автоматизированный электропривод", Москва, МДНТП, 1981 г.

64. А.С.Сандлер, Г.К.Аввакумова, А.В.Кудрявцев, Д.А.Никольский. Преобразователи частоты на тиристорах для управления высокоскоростными двигателями.

65. О.И.Хасаев. Транзисторные преобразователи напряжения и частоты. "Наука", М., 1966 г.

66. В.Г.Яцук, С.А.Журавлев, П.Д.Андриенко, С.Ф. Буряк. Способ управления частотным электроприводом.

67. Авторское свидетельство № 509967, Н02Р 7/42, БИ № 13, 1976 г.

68. В.В.Талов, С.Б.Лавренко. Устройство для управления частотно-регулируемым многодвигательным электроприводом. Положительное решение от 29.03.83г. по заявке № 3456931/07от 23.06.82 г. Авторское свидетельство № I0644I5, Н02Р 7/42, БИ № 48, 1983 г.

69. Т.М.Каспржак. О законах управления напряжением асинхронных приводов при частотном регулировании. Сборник трудов Всесоюзного заочного политехнического института, выпуск 126, серия "Электрификация и автоматизация промышленных установок, М.,1980 г.

70. Т.М.Каспржак, В.П.Грехов, В.П.Бабошин, О.И.Котлярская. Расчет и анализ рабочих характеристик асинхронного привода с компенсацией.

71. Сборник трудов Всесоюзного заочного политехнического института, выпуск 118, серия "Электрификация и автоматизация промышленных установок, М.,1978 г.